Étude de cas
ELIN Motoren GmbH
Par Konrad Schweiger, Ventes régionales, Dewesoft GmbH, Autriche

La société autrichienne ELIN Motoren GmbH a entièrement intégré une mesure obligatoire des vibrations de chaque machine produite - moteur ou générateur - dans le cadre de la procédure d'inspection finale. Lors de la recherche d'un système d'acquisition de données (DAQ) approprié, les exigences étaient de le garder portable, de mesurer les vibrations et la puissance électrique avec un seul système (données brutes), et que la livraison des données pendant le test soit parfaitement fluide vers le banc d'essai KS Tornado. Dewesoft a fourni la bonne solution.

KS tornado testbed control desk

Il y a quelques années, ELIN Motoren a décidé, dans le cadre de sa stratégie de numérisation, d'obtenir un profil vibratoire de chaque moteur et générateur au moment de la livraison. L'objectif était de vérifier la qualité du produit et d'avoir des données de référence pour preuve au cas où des problèmes apparaîtraient ultérieurement chez le client.

elin motoren logo

ELIN Motoren, dont le siège est en Autriche, est une entreprise de haute technologie qui fabrique des machines électriques tournantes - moteurs et générateurs - utilisées dans le monde entier. L'entreprise a 125 ans d'expérience, un total de 1000 employés et un chiffre d'affaires annuel de 120 millions d'euros. Depuis la fin de 2019, ELIN Motoren est détenue à 70 % par l'entreprise technologique mondiale Voith Group.

L'entreprise se concentre sur les machines électriques, les moteurs à basse et moyenne tension, mais aussi à haute tension. Elle développe et produit des solutions personnalisées pour des applications industrielles sur les marchés de :

  • Vent,
  • Mines, 
  • Plastiques,
  • Centrales électriques, 
  • Marine, et
  • Pétrole et gaz. 

Ses générateurs sont particulièrement utilisés pour l'énergie éolienne et la production d'énergie décentralisée.

Test setup at the in-house test field of ELIN MotorenFigure 1. Installation d'essai sur le terrain d'essai interne d'ELIN Motoren.
 

Regardez la vidéo de présentation d'ELIN :

Les bancs d'essai d'Elin Motoren sont fournis par KS Engineers, l'un des principaux fournisseurs de bancs d'essai pour l'industrie automobile et les moteurs. La gamme de produits KS comprend des systèmes de test et de simulation pour le développement et les essais de batteries et de piles à combustible. KS fournit également des solutions pour la coordination des systèmes d'entraînement dans le domaine de l'électromobilité.

KS Engineers ou Kristl, Seibt & Co. GmbH est une société gérée par son propriétaire, dont le siège est à Graz, qui travaille dans les domaines des essais automobiles, de l'automatisation industrielle et des équipements techniques de construction. KS Engineers fournit des connaissances dans les domaines de l'ingénierie mécanique, de l'ingénierie électrique, de l'ingénierie de contrôle, de l'électronique et de l'informatique.

Les bancs d'essai sont gérés par le logiciel d'automatisation Tornado. Ce logiciel doté d'une interface graphique fournit des fonctions de mesure, de contrôle et de rapport pour les bancs d'essai. Il est optimisé pour les bancs d'essai de dynamomètres de moteurs et de châssis, les bancs d'essai de groupes motopropulseurs et les bancs d'essai de composants de véhicules.

Banc d'essai - Intégration de l'acquisition de données (DAQ)

Le logiciel Tornado du banc d'essai KS commande le dispositif testé (DUT), par exemple en lançant un démarrage ou une décélération du moteur, en réglant le régime, etc. Le DUT renvoie des informations, telles que les températures ou l'état de fonctionnement.

L'exigence d'ELIN Motoren était, pendant la mesure, d'obtenir continuellement les données de vibration du matériel et du logiciel Dewesoft dans le logiciel Tornado. Cette communication est gérée via TCP/IP par un plugin Dewesoft, le module Testbed.

Le module de banc d'essai Dewesoft est une interface entre le logiciel d'acquisition de données DewesoftX et les systèmes de contrôle du banc d'essai. Il utilise le principe de fonctionnement Demande/Réponse et peut être prédéfini et utilisé indépendamment de DewesoftX. De cette manière, il est contrôlé uniquement par le système maître qui demande certaines données au module TestBed, lequel renvoie la réponse au système maître. 

Dans le cas d'ELIN Motoren, le logiciel Tornado demande les données d'analyse d'orbite et de l'analyse d'ordre en temps réel aux voies Dewesoft pendant la mesure. Tout simplement, par le biais du protocole AK, qui offre un jeu de commandes très compact.

Le plugin prend en charge quatre protocoles spécifiques dits maître-esclave : 

  • Protocole AK,
  • Puma Open,
  • D2T, et 
  • Tornade.  

Pour tous ces protocoles, la connexion RS232 ou TCP/IP est possible.

l peut être utilisé avec le module CEA (Combustion Engine Analyzer) où les cycles du moteur sont utilisés pour le stockage et le calcul des conditions. Il peut également être utilisé en mode temporel, où n'importe quelle voie ou valeur peut être envoyée par DewesoftX, et où le temps de mesure est utilisé pour le déclenchement et l'intervalle de calcul.

Measuring housing and bearing vibrations in the in-house test fieldFigure 2. Mesure des vibrations du boîtier et des roulements dans le champ d'essai interne.

La Solution

Matériel et produits d'acquisition de données

  • Deux systèmes d'acquisition de données SIRIUS R2DB
  • Une module de conditionneur de signal SIRIUSi-CUSTOM DualCoreADC avec 8 voies analogiques : 1xACC+, 5xACC, 2xSTG - pour les tests de bruit, de vibration et de dureté (NVH)
  • Module de conditionnement de signaux à grande vitesse SIRIUSi-HS avec 8 entrées analogiques : 2x STG, 3xHV, 3xLV - pour la puissance.
  • Système d'acquisition de données à grande vitesse SIRIUSi-HS-4xHV-4xLV pour les mesures de puissance
  • Système d'acquisition de données SIRIUS-CUSTOM
  • KRYPTONi-8xRTD pour la mesure de la température par sonde à thermistance
  • Adaptateurs DSI-ACC pour la connexion directe de capteurs IEPE
  • DS-TACHO2
  • DS-SHUNT-05

Logiciel DAQ

  • Logiciel d'acquisition de données DewesoftX
  • Option du logiciel Dewesoft Dynamic Signal Analysis (DSA) : Analyseur FFT, suivi d'ordre, test modal, vibration corps humain, spectre de réponse aux chocs, niveau sonore, vibration de torsion et équilibrage du rotor.
  • Option Dewesoft Power
  • Plugin Dewesoft Testbed

The Dewesoft data acquisition system delivers vibration analysis results to the Tornado softwareFigure 3. Le système d'acquisition de données Dewesoft fournit les résultats de l'analyse des vibrations au logiciel Tornado.

Modules de mesure

Les instruments de mesure et les enregistreurs de données sont portables. Les mêmes appareils d'acquisition de données peuvent être utilisés pour le banc d'essai mais aussi pour le service et l'installation sur site. C'est pourquoi ELIN Motoren a opté pour un mélange de SIRIUS R2DB comme système d'acquisition de données tout-en-un et de modules SIRIUS simples pour une extension facile à un nombre de voies plus élevé.

Dewesoft SIRIUS R1DB and R2DB all-in-one portable data acquisition systems

Systèmes d'acquisition de données portables tout-en-un SIRIUS R1DB et R2DB de Dewesoft

Le choix de Dewesoft a également été fait parce qu'il n'y a pas de frais de licence supplémentaires pour le logiciel, les mises à jour sont gratuites à vie et les fichiers de données sont accessibles à toute personne sans licence. Les données de puissance électrique et de vibration sont mesurées avec le même système, les données brutes sont stockées et peuvent être recalculées.

Measurement setup - an R2DB with SIRIUS modules is remotely accessed from the control centerFigure 4. Configuration de la mesure - un R2DB avec des modules SIRIUS est accessible à distance depuis le centre de contrôle.

Adaptateurs DSI de Dewesoft

Avec les adaptateurs DSI, ils peuvent s'adapter à toutes les exigences de mesure d'aujourd'hui. Les adaptateurs DSI sont des adaptateurs de capteurs équipés de TEDS IEEE 1451.4 qui transforment n'importe lequel de nos amplificateurs d'entrée analogiques universels avec connecteurs DSUB9 en entrée directe IEPE, charge, thermocouple, courant, tension, LVDT ou RTD.

Different DSi adapters

Different DSi adapters

IEEE 1451.4 est un ensemble de normes d'interface pour les transducteurs intelligents développé par l'Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), tandis que TEDS indique qu'ils incluent une fiche technique électronique du transducteur.

Capteurs de courants de Foucault

Les capteurs à courants de Foucault sont utilisés pour mesurer le déplacement de l'arbre - orbite, l'axe de l'arbre et le tracé de l'orbite de l'arbre. Les capteurs à courants de Foucault sont conçus pour mesurer sans contact les déplacements, les distances, les positions, les oscillations et les vibrations. Leur conception robuste est adaptée aux mesures industrielles, en particulier lorsqu'une haute précision est requise dans des environnements difficiles avec de la pression, de la saleté ou des températures extrêmes.

Chez ELIN, les ingénieurs sont intéressés par des paramètres particuliers comme :

  • S_0 crête-crête
  • S_90 crête-crête, et 
  • Smax. 

Les capteurs à courants de Foucault sont déjà intégrés au D.U.T. Ils doivent être montés avec précision car ils doivent avoir une sensibilité très élevée - 7,87 V/mm - pour pouvoir mesurer des déplacements de l'ordre du micromètre (um). De plus, ils nécessitent une alimentation spéciale de -19V, cependant, le module SIRIUS-STG peut fournir une alimentation programmable du capteur dans cette gamme.

Analyse d'orbite avec Dewesoft Orbit Analyzer

Le module Dewesoft Orbit Analysis est adapté aux applications des turbomachines et conçu pour des mesures précises des mouvements du rotor et des analyses avancées.

C'est un outil d'analyse pour l'examen des mouvements du rotor et l'évaluation de toute restriction de mouvement causant des vibrations, ainsi qu'un outil de diagnostic permettant la détection et la prévention de nombreux types de défauts potentiels et de temps d'arrêt des machines.

Example of an Orbit analysis measurement displayFigure 5. Exemple d'affichage d'une mesure d'analyse d'orbite.

Accéléromètres IEPE

Les accéléromètres piézo-électriques intégrés (IEPE) sont devenus le type d'accéléromètre le plus couramment utilisé. Les accéléromètres IEPE sont essentiellement des accéléromètres avec un amplificateur de charge ou de tension intégré. De ce fait, ils ne nécessitent aucun câblage particulier et sont très faciles à intégrer dans un système.

Les accéléromètres IEPE nécessitent une source d'alimentation en courant continu constant, mais de nombreux systèmes d'acquisition de données l'incluent. Le circuit microélectronique à l'intérieur d'un accéléromètre IEPE en mode tension limite sa capacité à tolérer les environnements hostiles par rapport aux accéléromètres en mode charge. Néanmoins, ces accéléromètres ont souvent une plage de température d'au moins -40° à +125°C, ce qui est suffisant pour la plupart des applications.

ELIN Motoren utilise des accéléromètres IEPE en mode tension pour mesurer les vibrations du boîtier et des roulements pour l'analyse de suivi d'ordres Dewesoft dans le module logiciel optionnel. Ils peuvent définir un profil de vibration global, un graphique Campbell, et également utiliser les données pour vérifier les anomalies, par exemple en détectant si des harmoniques sont dominantes sur la plage de régime.

Example of an order analysis measurement displayFigure 6. Exemple d'affichage d'une mesure d'analyse de commande.

Conclusion

Dewesoft offre une solution pour étendre les bancs d'essai KS Tornado déjà en service. Ils peuvent facilement être complétés par une gamme de solutions d'application Dewesoft, telles que :

  • Mesure de puissance de haute précision
  • Analyse des moteurs à combustion (CEA)
  • Toute autre option/plugin du logiciel DewesoftX comme OPC UA, Modbus, ...

Une telle combinaison offre de grands avantages à tous les utilisateurs existants de Kristl Seibt, par exemple, lorsqu'il s'agit du développement de moteurs. Qu'il s'agisse d'un moteur à combustion conventionnel, électrique ou hybride, tous les modules peuvent être combinés dans le logiciel DewesoftX.

Les utilisateurs bénéficient de mises à jour logicielles sans frais de licence annuels, d'un matériel de haute qualité et d'une grande flexibilité, ainsi que d'une solide équipe d'assistance locale.